Десятки ярких фотографий с Пекинского салона создали у читателей обманчивое впечатление масштабного автомобильного карнавала, где одна мировая премьера не успевала сменять другую. На самом деле лидеры местного рынка, то есть Топ-15 брендов, либо представили второстепенные нишевые модели. Часто — еще не доведенные до серии подобно BYD Ocean-M. Либо отделались россыпью необязательных дизайнерских концептов «на вырост», как Nissan. Либо вообще ничего не показали, как Tesla. При этом иные электрические новинки поразили и сложностью конструкции, и, как следствие, непрогнозируемой надежностью и высокой ценой. Стало быть, их рыночные перспективы мы можем смело охарактеризовать как весьма туманные. Между тем именно такие сложные и высокотехнологичные модели китайская пресса и ставит в авангард продукции мирового автопрома, как бы намекая, что Mercedes-Benz, BMW и прочие «заслуженные компании» остались далеко позади. Это правда или все же мистификация?
Сколько весит один килограмм?
Для того, чтобы в рамках сегодняшнего разговора оценить уровень тех или иных китайских разработок, мы предлагаем взять на вооружение всего-навсего одну характеристику высоковольтной АКБ, особенно важную для легковых электромобилей. Речь об удельной энергоемкости, или плотности энергии — устоялись оба термина. Обычно этот параметр выражают двумя путями. Первый — через количество энергии, которое можно запасти в одном килограмме батареи. Физически он означает мощность, которую батарея отдает при определенных режимах разряда за час, деленную на всю массу АКБ — Вт·ч/кг. Второй — через то же количество энергии, которое можно запасти в одном литре объема, занимаемого батареей. Физически это мощность, которую батарея отдает при определенных режимах разряда за час, деленная на весь объем, занимаемый АКБ в литрах — Вт·ч/л. Как правило, производители ячеек, из которых и набирают батареи, дают обе величины, и нам сегодня пригодятся обе. К слову, если предположить фантастическую ситуацию, при которой батареи электромобилей состоят исключительно из воды, то один Вт·ч/кг был бы равен одному Вт·ч/л, ибо один литр воды весит один килограмм.
На бытовом уровне эффективность АКБ по плотности энергии можно проиллюстрировать простым примером. У нас есть две батарейки одинаковых размеров и одинаковой массы, при этом от первой батарейки лампочка горит беспрерывно три месяца, от второй — четыре. Это означает, что во второй батарейке было запасено на четверть больше энергии, чем в первой.
Не отходя далеко, заметим: в числителе обеих дробей — Вт·ч/кг и Вт·ч/л — стоит емкость батареи, которую тоже можно выразить по-разному, к примеру, советские автомобилисты покупали 12-вольтовые аккумуляторы по ампер-часам, но в приложении к электромобилям более привычным выражением емкости стали ватт-часы (Вт·ч), а точнее, киловатт-часы, ибо если без приставки «кило», то будут длинные цифры. Отметим, что производители ячеек опять же указывают в характеристиках обе величины — и А·ч, и кВт·ч. Грубо можно сказать, что емкость АКБ — это примерно как емкость бака. Подобно тому, как на некоторых внедорожниках ставят бак в 90 и 100 литров (или, как на некоторых «уазиках» — второй бак). Однако емкость АКБ можно поднять не только за счет добавления новых ячеек, но еще и за счет использования ячеек с более высокой плотностью энергии.
А где прорывы?
Итак, мы вплотную подошли к деятельности китайской фирмы CATL, стенд которой на Пекинском салоне (показан на заглавной фотографии к материалу) по большому счету и нужно считать точкой сосредоточения всех новых технологий китайского автопрома. CATL долгое время была поставщиком литий-железо-фосфатных АКБ и, видимо, поэтому многие наши коллеги сообщили, что именно с этим типом батареи связаны успехи CATL. На самом деле ее литий-железо-фосфатные АКБ линейки Shenxing дают плотность энергии 200 Вт·ч/кг (еще год назад было 160 Вт·ч/кг), в то время как NMC-батареи линейки Quilin третьего поколения (Quilin 3.0) — уже 265 Вт·ч/кг. Как это соотносится с цифрами других производителей, мы посмотрим ниже, а пока отметим, что приведенные цифры показывают именно плотность энергии на уровне батареи, и здесь учитывается масса корпуса АКБ, высоковольтных проводов, системы терморегуляции и так далее. При этом удельная энергоемкость на уровне ячейки, естественно, выше. У ячеек по упомянутой системе Quilin — 330 Вт·ч/кг.
К слову, батареи Shenxing с плотностью 200 Вт·ч/кг пока не ставят ни на одну из серийных моделей, однако CATL не далее как в первый день Пекинского салона поспешила заявить, что у автомобилей с ними будет запас хода на одной зарядке в 1000 км. При этом не сказано, какой массы и какого класса этот виртуальный автомобиль. Между тем еще прошлым летом NMC-батареей Quilin 3.0 оснастили экспериментальный Zeekr 001, и он в спокойном режиме проехал свою тысячу. При этом базовый Zeekr 001 по циклу WLTP может при идеальных раскладах проехать 620 км. Поскольку относительно батареи Quilin 2.0 плотность энергии у Quilin 3.0 больше не во столько же раз, во сколько и 1000 км больше 620 км, нетрудно догадаться, что и рекордный Zeekr 001 предварительно облегчили, чтобы снизить расход энергии, и места под батарею отвели побольше.
19 апреля 2024 года — за несколько дней до Пекинского салона — в продажу вышел первый серийный автомобиль, оснащенный Quilin 3.0, им оказался модернизированный вэн Zeekr 009. Емкость его батареи увеличили со 116 кВт·ч до 140 кВт·ч, но даже при этом по более щадящему, чем WLTP, китайскому циклу пробег составил «до 822 км». Да, полноразмерный вэн — машина большая, и даже если в режиме реальной эксплуатации, да еще и хотя бы с частичной загрузкой Zeekr 009 преодолеет 400–450 км — это уже будет хорошим результатом, но, позвольте, а где же электрические высокотехнологичные прорывы?
Почему новинка так долго идет к конвейеру? Да потому что конструктивно новый тип АКБ очень сложен и технологически не отработан, а сложность конструкции, как мы знаем, всегда может обернуться и низкой надежностью при реальной эксплуатации, и высокой ценой.
Вернемся к CATL, которая тоже занимается не только полутвердотельными, но и твердотельными батареями, у которых, как несложно догадаться, электролит имеет еще большую плотность, чем гель. Оказалось, у CATL — лидера «батареечного» сегмента КНР, с такими АКБ есть неопределенность. 28 апреля в рамках Международной аккумуляторной ярмарки CIBF (есть в Китае и такая!) руководитель научного отделения CATL Ву Кай сообщил, что в лучшем случае компания сможет начать выпуск пробных предсерийных партий таких АКБ только к 2027 году, до этого времени предстоит решить еще несколько научных и инженерных проблем, но самое главное, что пока непонятна цена твердотельных батарей даже в случае масштабирования производства. Отметим, что CATL уже десять лет занимается такими АКБ, грохнув на исследования не один миллиард инвестиционных долларов…
Однако вернемся к обычным батареям и посмотрим, за счет чего CATL подняла плотность энергии в АКБ Quilin 3.0. Оказывается, новшества касаются вовсе не подбора новых материалов для катода, оптимизации электрохимического взаимодействия и прочих вещах. Инженеры CATL разработали оригинальную конструкцию корпуса АКБ, называемую cell-to-pack (CTP), которую некоторые, в том числе и зарубежные СМИ, ошибочно приняли за признак полутвердотельной батареи. На самом деле в CATL повысили так называемую эффективность использования объема, занимаемого АКБ, и объединили несущие перегородки корпуса с пластинами, где циркулирует жидкость системы терморегуляции, а заодно — и с термоизоляционным слоем. Эта конструкция в целом представляет собой эластичную прослойку между блоками ячеек.
А «Гелик» где — в хвосте?..
Как несложно догадаться, батареи как с полутвердотельным, так и твердотельным электролитом изучают не только китайцы. Одна из научных групп в Технологическом институте штата Иллинойс совместно с сотрудниками Департамента энергетики США еще в прошлом году сообщила о разработке неких литий-воздушных аккумуляторов, забирающих для работы кислород воздуха. Ученые обещают достичь с ними плотности в 1500 Вт·ч/кг! Подробно в принцип действия этих АКБ мы сейчас погружаться не будем, а лишь отметим, что направлений, в которых ведутся научные исследования, очень много. Из наиболее перспективных в приложении к обычным АКБ — применение кремния и натрия в материале анода и так далее.
Теперь поближе ко дню сегодняшнему. А как соотносятся достижения CATL с показателями других производителей? Оказывается, если не брать в расчет только-только появившуюся на серийных автомобилях батарею Qulin 3.0, выяснится, что никуда китайцы не рванули, особенно если с уровня батареи спуститься на уровень ячеек. Старая добрая ячейка 4680, которую не устает модернизировать та же парочка Tesla-Panasonic, имеет на сегодняшний день около 300 Вт·ч/кг, ячейка 21700 от LG Chem еще пять лет назад выдавала 267 Вт·ч, сейчас — емкость выше. Прорыв тут может быть в другом: все больше и больше мировых автопроизводителей размещают подряды в CATL: VW, Ford, Tesla…
А где же Mercedes-Benz, который громыхнул в Пекине своим электрическим Gelandewagen? Оказывается, по емкости, приходящейся на единицу массы, немцы последний раз отчитывались несколько лет назад — тогда назывались цифры в 125–150 Вт·ч/кг для всей АКБ. С тех пор об этом параметре от них не было ни слова, и вот недавно пресс-служба стыдливо перешла на другой показатель, о котором мы упоминали в начале материала — емкость, приходящуюся на единицу объема (Вт·ч/л). У концепта Mercedes-Benz Vision EQXX, представленного на выставке потребительской электроники CES в январе 2024 года, он составил 400 Вт·ч/л. При этом сообщалось, что батарея Vision EQXX занимает на 30% меньше места, чем АКБ, используемые сейчас немцами в серийных моделях. Перевести Вт·ч/л в Вт·ч/кг и сравнить с китайскими цифрами, конечно, можно, особенно если знать массу и размеры батареи, но мы пойдем другим путем.
Короче говоря, констатируем, что хотя китайцы и не совершили особенных прорывов в части серийных АКБ, Mercedes-Benz от них отстал. Другое дело, что все мировые «батареечные» инженеры, вместе взятые, пока сильно отстают от матушки-природы. Напомним, что в одном килограмме бензина содержится 12 000–12 500 Вт·ч энергии! Сколько будет в одном литре — переведите сами, вспомните физику за шестой класс.
Что будет дальше?
Не мытьем, так катаньем производители понемногу, без рывков, эволюционным путем увеличивают плотность энергии в АКБ. С одной стороны, это может дать увеличение пробега на одной зарядке, с другой — сокращение массы электромобилей, то есть снижение расхода энергии, затраченной на километр пути. По состоянию на сегодня дальнобойные «электрички» остаются прерогативой премиум-сегмента, ибо на больших машинах можно без значительного увеличения массы увеличить размер батареи, подняв тем самым запас хода.
Вместе с тем использование массовых электромобилей по-прежнему ограничивают три фактора. 1 — высокая стоимость батареи; 2 — деградация батарей, то есть сокращение их емкости как с ростом циклов заряда-разряда, так и от эксплуатации в жарком или холодном климате; 3 — очень долгая зарядка.
В общем, мы по-прежнему будем следить не только за развитием электрических технологий, но и за самочувствием вчерашних стартапов вроде Nio. Как минимум два человека, знакомых с китайскими делами, сказали мне, что в этом году ту же Nio совершенно точно должны обанкротить. Посмотрим, насколько эти сведения достоверны…
Фотобонус: другие интересные и знаковые экспонаты пекинского автосалона
